CONTRAÇÃO AXIAL

OBJETIVO DO ENSAIO Determinar em laboratório a contração axial (Ct) devida à perda de umidade, em amostras compactadas na energia normal ou intermediária do Mini-Proctor ou obtidas no Mini-MCV, quando secas ao ar.

DEFINIÇÕES E CONVENÇÕES Contração axial (Ct): Corresponde a variação de altura do CP (corpo de prova) em relação à sua altura inicial, logo após a compactação (expressa em porcentagem), quando submetido ao processo de secagem ao ar. A contração axial é obtida utilizando-se a seguinte equação:

(1)

Sendo:

Ct: Contração axial, com precisão de 0,1 (%);

Li: Leitura do extensômetro no início do ensaio (mm);

Lf: Leitura do extensômetro no fim do ensaio (mm);

Lo: Altura inicial do CP, verificada após a compactação (mm).

Gráfico Contração axial (Ct) em função da Umidade de moldagem (hc): Possibilita a visualização da contração de acordo com a umidade de moldagem, sendo Ct em abscissas e hc em ordenadas, expressos em porcentagem e plotados em escalas lineares;

Contração axial na umidade ótima: Utilizada para compactação, em campo, das camadas de pavimentos, sendo reproduzidas a ho e a MEASmáx encontrados no ensaio. A determinação da Ct na ho é obtida pela plotagem no gráfico Ct em função de hc.

APARELHAGEM Para a execução do ensaio são necessárias:

Aparelhagem necessária para a execução do Ensaio de Mini-Proctor (obtenção dos CP’s);

Aparelhagem específica: relógio e dispositivo de contração (Figura 1).

Figura 1 – Croqui do Ensaio de Contração

Axial

ENSAIO DE CONTRAÇÃO AXIAL

EXECUÇÃO DO ENSAIO As etapas da execução do ensaio estão ilustradas na Figura 2.

F

Figura 2 – Fluxograma da execução do Ensaio de Contração Axial

Eventualmente, para estudos, os ensaios poderão ser executados em amostras obtidas in situ após a execução de camadas de segmentos experimentais. A seguir serão descritos apenas os procedimentos com amostras compactadas em laboratório.

Obtenção dos CP’s

Realizar o mesmo procedimento adotado para execução do Ensaio de Compactação Mini-Proctor ou para Compactação Mini-MCV, obtendo 5 (cinco) CP’s moldados com diferentes teores de umidade a serem submetidos ao ensaio. Na Figura 3 está apresentada a extração do molde de um CP compactado.

Colocação do CP no dispositivo de medição

Colocar o CP sobre a placa porosa e transferir ambos para o dispositivo de medição de contração, centralizando-o cuidadosamente (Figura 4). Sobre a face superior do CP, colocar um disco metálico de 25 mm de diâmetro (centralizado) e ajustar o extensômetro sobre ele.

Leituras

Marcar o horário do término da montagem e a leitura inicial no extensômetro (Li), em milímetros (com precisão de 0,01 mm) do CP ensaiado.

O conjunto deve ser protegido de luz solar, de excesso de poeira e correntes intensas de ar, por 24 horas. Após este período, realizar a leitura final (Lf) em milímetros (com precisão de 0,01 mm), Anotar os dados na folha de ensaio.

Caso ocorra trincamento após o processo de secagem, deve-se fazer um croqui de seu aspecto final.

Figura 3 – Extração do CP

Figura 4 – Transferência

do CP

Figura 5 – Leituras

Similarmente, repetir os procedimentos para os CP’s restantes obtidos no Ensaio de Compactação Mini-Proctor. Na Figura 5 estão apresentados um dos CP’s durante o ensaio de contração.

Resultados Finais

Este ensaio fornece como resultado final a curva de Ct em função de hc e a Ct obtida na ho de amostras de solo compactados por este método, com precisão de 0,1%.

O Ensaio de contração axial foi padronizado pelo DER/SP M-193/89 “Determinação de contração de solos com equipamento miniatura” e pela Prefeitura de São Paulo PMSP ME-57.

EXEMPLO APLICATIVO No exercício será apresentado o cálculo de Ct para obtenção da curva Ct em função hc. O solo utilizado para este exemplo pertence à classe de comportamento laterítico, ideal para execução de bases de pavimento de baixo custo.

Obtenção das amostras: constam de cinco CP’s obtidos através do Ensaio de Compactação Mini-Proctor na energia intermediária, em diferentes teores de umidade.

Os CP’s foram submetidos ao ensaio de contração. Os resultados obtidos dos ensaios Mini-Proctor e Contração acham-se na Tabela 1.

F Tabela 1 – Resultado do ensaio de Compactação Mini-Proctor e dados do ensaio de Contração

F

A partir dos dados apresentados na Tabela 1, faz-se o cálculo para obtenção a contração axial do CP compactado. Para o exercício será utilizado o CP1 - cilindro nº 2.

Cálculo da contração do CP (Ct)

Adotando os dados do CP1 na expressão (1), tem-se:

Portanto, para o CP1 compactado na hc = 9,0%, tem-se Ct = 0,1%. De forma análoga ao exemplo demostrado foram calculadas as contrações dos demais CP’s ensaiados, cujos resultados acham-se na Tabela 2.

CP1 CP2 CP3 CP4 CP5

2 13 24 25 27

(%) 9,0 10,5 12,1 13,8 15,0

(g/cm³) 1,72 1,82 1,94 1,88 1,78

(mm) 4,64 4,10 3,57 2,77 3,02

(mm) 4,59 4,01 3,44 2,62 2,86

(mm) 50,05 49,82 49,97 50,54 50,83

MIN

I- P

RO

CTO

RC

ON

TRA

ÇÃ

O

TRECHO OU JAZIDA: G.Vidigal - N. Lus i tânia LOCAL: Km 16 + 200 + 15 mE

Massa específica aparente seca (MEAS)

Leitura inicial (Li)

Leitura final (Lf)

Comprimento inicial do CP (Lo)

Teor de umidade (hc)

Cilindro nº

CP nº

Tabela 2 – Resultados do Ensaio de Contração Axial

Resultados finais

Os valores de Ct e MEAS obtidos foram plotados em um gráfico em função do teor de umidade obtendo-se as curvas mostradas na Figura 6.

Figura 6 – Gráfico MEAS e Ct em função de hc

Para a curva Ct em função de hc da Figura 6, verifica-se que a mesma apresenta um crescimento contínuo da Ct com o aumento de hc. Para analisar a contração de camadas de pavimentos, utiliza-se a contração axial correspondente à umidade ótima, no caso ho = 12,7%, obtendo-se Ct = 0,3 %, de acordo com o gráfico da Figura 6. Este valor indica um padrão de trincamento baixo (vide Figura 10), adequado ao uso em bases quanto à característica de contração.

A compactação da camada pode-se dar no intervalo de umidade de ho ± 1%, obtendo-se o intervalo de Ct para essa variação do teor de umidade, tem-se 0,2 < Ct < 0,3. Isto mostra baixa

CP1 CP2 CP3 CP4 CP5

2 13 24 25 27

9,02 10,50 12,12 13,81 15,01

(mm) 4,64 4,10 3,57 2,77 3,02

(mm) 4,59 4,01 3,44 2,62 2,86

(mm) 50,05 49,82 49,97 50,54 50,83

0,1 0,2 0,3 0,3 0,3

15h 42 min Dia: 16/02/2015

Comprimento inicial do CP (Lo)

Contração (Ct)

Ct = [100 x (Li - Lf)] / Lo

Teor de umidade (hc) (%)

Leitura inicial (Li)

(%)

Leitura final (Lf)

15h 35 min

TRECHO OU JAZIDA: G.Vidiga l - N. Lus i tânia LOCAL: Km 16 + 200 + 15 mE

ENSAIO DE CONTRAÇÃO AXIAL

Horário do início do ensaio

Horário do término do ensaio

CP nº

Cilindro nº

Operador: João Data: 15/02/2015 Energia de compactação: Intermediária

sensibilidade da contração para a variação do teor de umidade, mantendo o padrão de trincamento mesmo com os intervalos de variação da umidade observada no campo.

Na Mecânica dos solos tradicional dá-se grande importância às propriedades expansivas dos solos compactados. No entanto, nas condições ambientais tropicais e pelas características da formação de seus solos, um dos fenômenos mais importantes é a perda de umidade, que provoca a contração de uma camada compactada, tanto em sua execução, quanto ao longo de sua vida útil. Com o passar do tempo as camadas atingem uma umidade de equilíbrio que é inferior à ho de compactação, podendo provocar o aparecimento de trincas nesta camada. O trincamento poderá ser refletido para as camadas superiores, caso não se execute procedimentos que impeçam esse fenômeno. Por isso a importância de estabelecerem-se limites para esse fenômeno nas especificações de serviço de camadas de solo, quando utilizadas em estruturas de pavimentos.

Contração em Laboratório

Serão apresentados os resultados dos ensaios de contração axial em CP’s compactados e diametral em CP’s moldados em estado pastoso (pastilha).

Influência da energia de compactação na contração axial

A fim de ilustrar a influência da energia de compactação na contração dos solos, na Figura 7 estão apresentados os resultados de curvas obtidas para um solo de comportamento laterítico (L) e não laterítico (N), compactados em diferentes teores de umidade nas energias normal (EN), intermediária (EI) e para 30 golpes (E30).

Figura 7 – Curvas de contração axial em função do teor de umidade para um mesmo solo com diferentes energias

Neste estudo verificou-se que próximo à ho, a contração axial é pouco sensível à variação da energia de compactação. A sensibilidade da contração para o aumento de energia é verificada para hc > ho, sendo o maior Ct para a energia E30 e menor para a EN.

PECULIARIDADES DA CONTRAÇÃO DE SOLOS TROPICAIS

Contração de SAFL utilizadas em bases de pavimentos

Villibor e Nogami (1981 e 2009) realizaram uma pesquisa para obter a contração axial de amostras dos solos representativos da base de 36 diferentes trechos de rodovias vicinais no estado de São Paulo. Este estudo objetivou estabelecer limites da contração para esta finalidade. Na Figura 8 está apresentado o valor médio da contração dos solos usados em bases provenientes de 36 trechos (mínimo 9 amostras) obtidos na ho da energia intermediária do Mini-Proctor.

Figura 8 – Valores da Contração Ct de amostras de diferentes solos

Fonte: Villibor e Nogami (2009)

Associação da contração axial dos solos e o comportamento da camada no campo

Analisando a Figura 8, tem-se:

Os trechos cujos solos apresentaram contração de 0,1 a 0,5 % (90% dos trechos) foram os que tiveram melhor comportamento quanto ao padrão de trincamento de suas bases;

As amostras 5 e 6 têm contração abaixo de 0,1%, sendo extremamente arenosas e pouco coesivas. As camadas executadas com os mesmos apresentam dificuldades construtivas pela falta de coesão da interface base-revestimento;

As amostras 20 e 32 têm contração superior a 0,5%, apresentando um padrão de trincamento médio. Na fase construtiva deve-se tomar cuidados especiais para a estabilização do padrão de trincamento, assim como, na execução de sua imprimadura para que a mesma, além de impermeabilizar a superfície, preencha as trincas na camada. Estes cuidados são fundamentais para que não ocorra reflexo da camada para o revestimento.

A análise dos resultados obtidos em laboratório (Figura 12) e comportamento desses solos mostrou que os valores das contrações para os CP’s das 36 amostras, compactadas na ho, situam-se entre 0,02% e 0,6%, com o valor médio de Ct = 0,3%;

Contração Axial em amostras compostas em laboratório

Villibor e Nogami (1981 e 2009) realizaram uma pesquisa a fim de investigar a variação da contração de solos de um mesmo grupo HRB (Highway Research Board), porém de diferentes classes da classificação MCT. Para sua realização, foram obtidas amostras de solos compostas em laboratório, provenientes de um solo laterítico (Misturas L) e outro não laterítico (Misturas N).

As amostras foram submetidas aos ensaios de granulometria, classificação HRB e contração axial, sendo os resultados de cada amostra, plotados em função da porcentagem que passa na peneira 0,075 mm e apresentada no gráfico da Figura 9.

F

Figura 9 – Gráfico da contração, granulometria e HRB em função da % que passa na # 0,075 mm. Obtidas

na ho da energia normal do Mini-Proctor.

Fonte: Villibor e Nogami (2009)

Analisando os resultados das pesquisas laboratoriais, gráficos da Figura 9, tem-se:

Para as misturas L e N, os valores da contração crescem com o aumento da porcentagem de material passante na peneira 0,075 mm, sendo este crescimento substancialmente maior para as misturas da classe L com mais de 50% passando nesta peneira;

Para os solos do grupo A-7 da HRB, verifica-se que as amostras da classe L apresentam contração mais elevada. Por exemplo, para um valor de 90% passando na # 0,075 mm obtém-se da curva, da Mistura L, um solo A-7 com contração da ordem de 4%. Enquanto que, para a Mistura N, obtém-se um solo A-7 com valor inferior a 1%, quatro vezes menor;

A explicação desta diferença de comportamento deve-se, principalmente, a maior quantidade da fração argila nas Misturas L e às suas peculiaridades mineralógicas e microestruturais ocorridas na sua formação. A perda de umidade ao ar de uma amostra compactada produz elevada pressão de sucção na microestrutura dos solos, no caso dos lateríticos também ocorre a desidratação dos óxidos de ferro e alumínio. Estes fenômenos aproximam as partículas do solo, causando sua contração, o que leva ao trincamento de camadas compactadas, indicando que o solo é coesivo. Na Tabela 3 estão apresentados os níveis das contrações axiais esperadas para cada grupo de classificação MCT.

F

Tabela 3 – Contração Axial esperada dos Grupos da MCT

Contração Diametral

A contração é um dos parâmetros do método para determinação Expedita da Classificação MCT. Para sua obtenção utiliza-se CP’s de 20 mm de diâmetro e 5 mm de espessura (pastilhas). As pastilhas são submetidas a secagem e após é medida a contração de seu diâmetro. Após, as mesmas são transferidas para uma pedra porosa saturada d’água para sua reabsorção. Em seguida é medida a consistência da superfície superior da pastilha, través da penetração com o minipenetrômetro.

Para efeito de ilustração, na Figura 9 estão apresentados os aspectos das pastilhas, após a reabsorção de água, mostrando a diferença de comportamento de um solo laterítico (esquerda) e um não laterítico (direita). Nota-se que a pastilha de argila laterítica permanece com as

NA NA' NS' NG' LA LA' LG'

B B, M M M, E B B, M M, E

Grupo MCT

Níveis de Contração

E = Elevado (Ct > 3,0%) M = Médio (0,5 % < Ct < 3,0 %) B = Baixo (Ct < 0,5 %)

praticamente mesmas dimensões, já a de solo saprolítico sofre um inchamento e amolecimento elevados (como um pequeno bolo).

Associação dos Resultados de Laboratório e Campo

Para este estudo foram analisadas duas camadas executadas com solos lateríticos, dos grupos LA’ e LG’ da MCT.

Após a execução das camadas, as mesmas foram submetidas à secagem ao ar por um período de 48 horas, sem chuvas. Logo no início ocorreram as primeiras fissuras, e após o término deste período estabeleceu-se o padrão de trincamento na superfície, ilustrado na Figura 11.

Na Tabela 4 acham-se as propriedades do solo e o padrão de trincamento observado no campo.

F

Figura 11 –Trincamento de camadas executadas com solos LA' e LG'

Fonte: Villibor e Nogami (2009)

Pelos intervalos da contração esperados para os grupos da classificação MCT, temos que os valores apresentados na Tabela 4 para os solos LA’ e LG’ acham-se dentro do intervalo recomendado na classificação referida, mostrando que a classificação está adequada quanto a esta propriedade. Mostrando a adequação da mesma para essa propriedade.

Pelas observações dos dados da Tabela 4 e as ilustrações da Figura 11, tem-se:

Na camada de solo LA’: observou-se um padrão trincamento baixo, blocos da ordem de 40 x 40 cm com largura das trincas da ordem de 1 mm e Ct = 0,3%;

Tabela 4 – Dados dos solos: laboratório e observação de campo

Figura 10 – Aspecto de pastilhas de solos lateríticos e não lateríticos

Fonte: Nogami e Villibor (1995)

LA' LG'

37 60

0,3 1,2

baixo médio

Granulometria (% < 0,0075 mm)

Contração Ct (%)

Padrão de Trincamento

Dados de LaboratórioPropriedades

Classificação MCT

Na camada de solo LG’: observou-se um padrão de trincamento médio, com a formação de blocos da ordem de 25 x 25 cm com largura das trincas > 4 mm e Ct = 1,2%;

Pela Tabela 4, verifica-se a maior coesão do solo LG’ em relação ao LA’, caracterizada pela sua maior contração, fato justificado pela elevada quantidade de silte e argila presente em sua constituição 60%, superior aos 37% do LA’.

Os resultados dos ensaios e dados de campo mostram que há uma compatibilidade com os valores de contração e o padrão de trincamento que ocorre na camada, mostrando a importância da propriedade de contração de solos tropicais.

No campo, a existência de trincamentos de padrão médio a elevado na superfície de taludes ou faixa de rolamento em uma estrada de terra, é um bom diagnóstico de ocorrências de solos lateríticos para uso em projetos próximos a mesma. Um exemplo de trincamento verificado na superfície de um talude de solo arenoso fino laterítico é apresentado na Figura 12.

Pelo exposto pode-se inferir que de uma maneira geral a contração axial obtida em laboratório é um parâmetro importante para prever o padrão de trincamento da camada executada com o solo ensaiado. Mostra de maneira clara que os valores desta propriedade hídrica de um solo é fundamental para estimar o tricamento que irá ocorrer em camadas executadas com o mesmo, daí a utilização do mesmo para a qualificação de solos para bases de pavimentos.

Referências para consulta:

Nogami, J. e Villibor, D.F. (1995). Pavimentação de baixo custo com solos lateríticos. São Paulo: Villibor.

Villibor, D.F; Nogami, J. (2009). Pavimentos econômicos – tecnologia do uso dos solos finos lateríticos. São Paulo: Editora Arte & Ciência.

DER/SP M-193/89: Determinação de contração de solos com equipamento miniatura

Figura 12 – Trincamento na superfície de um talude com solo arenoso fino laterítico